Neue Fertigungstechniken versprechen enorme Effizienzgewinne in der Luftfahrt. Unter anderem denken Forscher an extrem aerodynamische Flugzeuge, die viele kleine Triebwerke in den Flügeln haben.
Das Luftfahrtunternehmen Pratt & Whitney will so genannte additive Fertigungsverfahren zur Entwicklung kompakterer Düsentriebwerke nutzen, die Flugzeuge leichter und treibstoffeffizienter machen könnten.
Bereits heute setzt Pratt & Whitney zwei additive Fertigungstechniken für die Herstellung von Triebwerkskomponenten ein. Bei diesen Verfahren wird Metall nicht wie sonst üblich gegossen. Stattdessen lässt man mit Laser oder einem Elektronenstrahl ein Metallpulver schmelzen, so dass Schicht für Schicht die gewünschte Form entsteht.
Andere Flugzeughersteller setzten ähnliche Technologien ein. GE zum Beispiel produziert mit additiven Verfahren Kraftstoffdüsen für Triebwerke.
Das linke Kabinenteil von A350-Prototyp MSN5 entstand im 3D-Drucker. Zum Vergleich: Das herkömmliche gefräste und schwerere Bauteil rechts., © Airbus
Die von Pratt & Whitney und GE eingesetzten Methoden sind komplexer und aufwendiger als gewöhnlicher 3D-Druck, bei dem Objekte entstehen, indem nacheinander ultradünne Schichten von Material aufgebracht werden. Grundsätzlich sind die Verfahren aber vergleichbar.
Additive Fertigungsprozesse können die Menge an Abfall reduzieren, die Produktion beschleunigen und Konstruktionen erlauben, die mit konventionellen Verfahren nicht realisierbar wären. Die neuen Formen und ungewöhnlichen Materialeigenschaften bei additiver Fertigung ermöglichen zum Beispiel Propellerblätter, die am einen Ende auf Robustheit und am anderen auf Flexibilität optimiert sind. Damit werden ganz neue Bauweisen möglich.
Unter anderem denkt Pratt & Whitney an Triebwerke mit weniger Teilen, was weniger Zusammenbau erfordern würde und billiger wäre. Frank Preli, Chefingenieur für Materialien und Prozesstechnik bei dem Unternehmen, erhofft sich zudem radikale neue Flugzeug-Konstruktionen – beispielsweise „viele in einen Flügel integrierte Triebwerke für extrem gute Aerodynamik“.
Eine solche Konstruktion könnte viele Vorteile haben, sagt Mark Drela, Aeronautik- und Astronautik-Professor am MIT. Triebwerke entlang der Flügel und im hinteren Bereich des Rumpfes zu verteilen, könne den Treibstoffverbrauch theoretisch um 20 Prozent senken und Flugzeuge leichter machen. Insgesamt bedeute das „sehr hohe Kraftstoffeinsparungen“, sagt Drela; bis zu 50 Prozent seien „nicht unvorstellbar“.
Um das zu erreichen müssen additive Fertigungsverfahren laut Drela noch verbessert werden, damit sie höhere Präzision ermöglichen. Die Forschung müsse zunächst verstehen, wie genau Laser und Elektronenstrahlen auf molekularer Ebene mit Pulvern interagieren, sagt er. Dies schaffe die Grundlage dafür, „immer feinere Strukturen und eine immer schnellere Ablagerung von Schichten zu erreichen“.
Die Luftfahrtbranche gehört zu den ersten, die mit additiver Fertigung arbeiten. Das ist nachvollziehbar, denn selbst leichte Performance-Verbesserungen und Gewichtsreduktionen können erhebliche Kraftstoffeinsparungen bedeuten, was die anfänglich hohen Kosten für die additive Herstellung von Teilen rechtfertigt.
(Kevin Bullis)
http://www.heise.de/tr/artikel/3D-Druck-soll-Flugzeugbau-revolutionieren-2549622.html
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